Autor: Nenad Milošev

E-mail: nmilosev@hemofarm.co.yu

INDUSTRIJSKI   RAČUNARI

Industrijski računari se odlikuju visokom pouzdanošću, relativno lakim savladavanjem organizacije, koncepta sistema, kao i samim programiranjem.Pogledajmo jedan od njih, Simensov SIMATIC S5.
Pri samom projektovanju nekog sistema postavlja se pitanje sa čime raditi, ako je to neki manji sistem možete se odlučiti za neki od mikrokontrolera poznatih proizvođača kao što su Intel, Atmel, Motorola, ali za ozbiljnije stvari primat imaju industrijski računari.

Zamislite mašinu sa stotinu ulaza, izlaza i dođe do otkaza koji morate da otklonite u kratkom vremenskom roku jer će stradati sirovina što je normalna svakodnevnica čoveka inženjera koji radi u održavanju na ovakvim sistemima. Ako ste proučili mašinu i analizom programa utvrdite koji deo programa se korektno ne izvršava, ostaje vam samo da pronađete senzor ili aktuator koji je otkazao i to se uradi za 15min do 1h. Ali da imate kontroler i mašinski jezik tj. njegove mnemoničke skraćenice sigurno bi vam trebalo samo toliko vremena da analizirate šta program uopšte radi.

Slika 3. Šema rada SIMATIC-a

SIMATICS5

Serija S5 obuhvata programibilne kontrolere (eng.Programable Logic Controllers) od jednostavnih ka krajnje složenim i brzim: S90U, S95U, S100U, S115U, S135U, S155U

Njihova hardverska organizacija je takva da ih konfigurišete shodno vašim potrebama jer se ceo sistem sastoji iz modula.
Neki od njih su i :
- modul za napajanje sa svo jim podtipovima
- CPU modul
- moduli za digitalne ulaze
- moduli za digitalne izlaze
- modul za analogne ulaze
- modul za komunikaciju sa okruženjem

Slika 1. SIMATIC S5 modeli 90U, 95U, 100U

Razlika između tipova (90, 95...) je u perfomansama kao što su maksimalni broj I/O jedinica koji mogu da se priključe, brzina CPU-a, složenost problema koji se njima rešavaju itd.

Moduli

Sistem se koncipira tako da se svi moduli postavljaju u zajedničko kućište-rek i mehanički se jednostavno montiraju i demontiraju. Električno, svi moduli su spojeni na zajednički bus što omogućava CPU da prikuplja i šalje podatke ka i od svog okruženja (Slika 2.).

Na I/O kartice se povezuju senzori, releji, sklopke i ostali pretvarači ili izvšni elementi. Senzori mogu biti raznih vrsta kao što su optički, kapacitivni ili induktivni.

Slika 2. Modul sa digitalnim ulazima SIMATIC S5

Srce Simatic-a S95U je mikrokontroler INTEL 8031, koji preko pro- m-a sa interpreterom izvršava program napisan za SIMATIC-a. Tajna popularnosti ovih računara leži u tome što možemo da se koncentrišemo na rešavanje algoritma problema i da nakon toga izvršimo konekciju senzora i aktuatora. Ovo je naročito značajno u velikim sistema gde je potrebno da u određenim uslovima (električni, klimatski...) sistem izvršava svoju funkciju u okviru velike celine tj. da ne razmišljamo da li će da otkaže neki od sklopova okruženja mikrokontrolera već kada se desi otkaz da je problem nastao u 99% slučajeva zbog otkaza senzora ili aktuatora; npr. za dve godine samo jednom je došlo do pregorevanja izlaznog tranzistora u kartici "digitalni izlaz" kada je došlo do velike havarije na električnom ormaru mašine.
S obzirom da u fabrici postoji preko stotinu takvih računara sledi da je pouzdanost velika, što je i normalno očekivati jer su na razvoju ovakvih računara radili ogromni timovi stručnjaka.

Pisanje programa

“Ladder” dijagram je grafički interfejs ka korisniku koji piše program u vidu grafičkih simbola koji predstavljaju I/ILI kola, tajmere, flegove itd.
Počećemo sa malim primerom:

A I0.0
A I0.1
AN I0.2
= Q0.0

znači Q0.0 je visok(tj. =1, odnosno 24V) kada ulaz 0.0 i 0.1 budu jednaki 1, a 0.2 jednak 0. Izgleda vrlo jednostavno zar ne? Iz primera se vidi da je to vrsta višeg programskog jezika bliskog čoveku i lakog za analizu. Brzina izvršavanja jedne STL instrukcije je velika i varira u zavisnosti od tipa CPU-a i nalazi se u opsegu od 0.5usec do 100usec.
Kad je program napisan CPU ga izvršava tako što u memoriju beleži stanja svojih ulaza , izvrši ceo program, zabeležene izlaze u memoriji prosledi na izlaze i ponovo se vrati na početak i tako u krug (Slika 3.).
Naravno, postoji programski paket za rad sa ovim kontrolerima koji obuhvata program za pisanje algoritma rada, davanje izveštaja o upotrebljenim ulazima, izlazima, flegovima, tajmerima... Takođe sadrži deo za programiranje CPU, kao i deo za komunikaciju sa CPU koji nam omogućava da analiziramo program u toku rada.
Pored njega postoji i program za komunikaciju između PLC-a i PC-a koji nam omogućava da izvršimo akviziciju i (ili) vizuelizaciju procesa proizvodnje ili nekog njenog segmenta što je danas izuzetno povoljno iz razloga velike zastupljenosti PC-ja. Ovakav koncept nam omogućava veliki broj statisti-čkih podataka tako da se lako može uvideti usko grlo u procesu proizvodnje ili nekvalitetna komponenta (senzor, aktuator) koja često otkazuje.

Slika 4. SIMATIC S5115U

Tehnički detalji SIMATIC-a S595U :

- napon napajanja 24V
- opseg napona napajanja 20-30V
- izlazni napon : V1 9V (za I/O module)
V2 5.2V(za PG)
- izlazna struja V1 1A
V2 650mA
- “backup” baterija litijumska, period držanja 1 god
- klasa zaštite KLASA1 do IEC536
- galvanska izolacija V1,V2 ne

CPU, I/O moduli:

- bit memorija 2KB s tim da su 512b retentivne tj. pri isključenju napona napajanja ostaju zapamćene.
- “timer” 128 opseg 0.01 do 9990 sec
- “counter” 128 od kojih je 8 retentivno, opseg 0 do 999
- digital input/output na samom CPU postoji 32 a maksimalni mogući broj uključujući i dodatno priključene je 480
- analogni input/output na samom CPU-u, postoji 9 a max. mogući broj uključujući i dodatno priključene je 41.
- “interrupt input” na samom CPU, postoji 4 a max. mogući broj uključujući i dodatno priključene je 4.
- “counter input” na samom CPU-u, postoji 2 a max. mogući broj uključujući i dodatno priključene je 66.
- “hardware clock”, čas realnog vremena
- dva serijska interfejsa-20mA strujna petlja
- Profi bus-rs 485
- uređaj za programiranje SIEMENS PG + PC-AT računar
Na samom CPU postoje I/O ekspanzije sa sledećim perfomansama:

Digital input:

ima ih 16 sa adresom I32.0 do I33.7
- napajanje 24V
- signal 0 od -30V do 5V
- signal 1 od 13V do 30V
- galvanska izolacija ulaza da
- ulazna struja za signal 1 6.5mA
- kašnjenje pri rastućoj tranziciji 2.5msec
- kašnjenje pri opadajućoj tranziciji 2 msec
- dužina priključnog kabla max 100m

Digital output:

ima ih 16 sa adresom Q32.0 do Q33.7
- napajanje 24V
- signal 0 2.4V(rp 6k)
- signal 1 od VCC-0.6V
- zaštita od kratkog spoja da
- max. struja pri signalu 1 0.5A
- snaga pri signalu1 5W
- galvanska isolacija da

Interrupt ulazi

ima ih 4 sa adresom I34.0 I34.3, mogu da služe i kao digitalni ulazi
- kašnjenje pri rastućoj tranziciji 75 msec
kašnjenje pri opadajućoj tranziciji 140msec
min. trajanje impulsa 500 usec
- galvanska izolacija ulaza ne
- dužina priključnog kabla max 100m

Counter inputs:

ima ih 2 sa adresom IW36 IW38
- kašnjenje pri rastućoj tranziciji 10 usec
- kašnjenje pri opadajućoj tranziciji 15 usec
min trajanje impulsa 100 usec
- counter A 5KHz
counter B 2KHz
- galvanska izolacija ulaza ne
- dužina priključnog kabla max. 100m

A/D input:

ima ih 8 sa adresom IW 40 do IW 54
- ulazni napon 0-10V
- rezolucija 12 bit,
sukcesivna aproksimacija
- vreme konverzije 40usec
- galvanska izolacija ulaza ne
- dužina priključnog kabla max. 100m

A/D output:

postoji jedan sa adresom QW40
- ulazni napon 0-10V(rp 2.5k max)
- rezolucija 10 bit
- vreme konverzije 30usec
- galvanska izolacija ulaza ne
- dužina priključnog kabla max. 100m

Uopšteno govoreći postavlja se pitanje zašto koristiti ovakve, gotove industrijske računare? Odgovor je jednostavan: iz razloga što su oni idealni za primenu u industriji; robusnost, mala mogućnost otkaza, jednostavno programiranje, međusobna kompatibilnost na gore i još mnogo toga.

Pročitajte više o ovoj temi

Porgamiranje SIMATIC S5 plc-a Osvrt na nove koncepte u razvoju industrijskih računarskih sistema Moderni načini merenja fizičkih veličina LOGO - univerzalni logički modul SIMATIC S7-200

C o p y r i g h t  1998 mikroElektronika. All Right Reserved. Za sva pitanja obratite se redakciji